基因芯片分析水稻灌浆期籽粒淀粉合成相关基因的表达

水稻Oryza sativa灌浆过程是籽粒胚乳细胞蔗糖转变成淀粉的过程.为了解这期间的基因表达变化,研究利用Affymetrix水稻基因芯片分析了水稻籽粒灌浆3和9 d的基因表达差异,并着重分析了淀粉合成代谢相关基因的表达模式.结果表明,在检测到信号的59个淀粉合成相关基因中,灌浆后9 d相比3 d表达丰度上调2倍的基因有20个,包括SUS2、AGPS2、AGPL2、GBSSⅠ、SSⅡa、BEⅠ等,这类基因对水稻籽粒淀粉合成和灌浆起了至关重要的作用.灌浆后9 d相比3 d表达丰度下调2倍的基因有12个,包括CIN2、SPS3、AGPL1、GBSSⅡ、SSⅢb等,这类基因可能参与胚乳细胞基本结构的形成以及初始淀粉粒的产生.     

高温和HgCl2复合处理对水稻花期生理特性和水通道蛋白基因表达的影响

以转OsPIN1a的基因水稻‘中花11’为材料,设置3个处理:适温处理(CK),昼夜温度为30℃/28℃;高温处理(TR1),昼夜温度为38℃/33℃;复合处理(TR2),昼夜温度为38℃/33℃,配以0.1 mmol/L HgCl_2处理,研究高温胁迫和水通道蛋白抑制剂(HgCl_2)对水稻花期生理特性、水通道蛋白基因表达、稻穗和剑叶相对含水量及淀粉粒发育的影响。结果表明:与适温处理相比,高温与HgCl_2胁迫均能降低稻穗和剑叶相对含水量,降低结实率和千粒质量,降低柱头上花粉粒数量及柱头和花粉粒的线粒体活性,抑制OsTIPs和OsPIPs家族多个基因的表达,使稻穗水分供给减少,导致胚乳淀粉粒发育不良,形成不规则圆球形,以高温与HgCl_2复合处理时影响最大。水通道蛋白基因家族表达受抑制后,加重了高温胁迫对水稻植株花期生长发育的伤害,致使花粉粒和柱头活性下降,导致结实率降低和籽粒充实不良。     

水稻胚乳贮藏物代谢相关基因响应花后高温胁迫的微阵列分析

【目的】揭示花后高温条件下水稻灌浆过程中胚乳淀粉和蛋白贮藏物代谢相关基因的表达谱,并阐明部分重要功能基因对花后高温胁迫的响应表达模式。【方法】利用人工气候箱设高温(日均温度32℃,日最高温36℃/日最低温28℃)和适温(日均温度22℃,日最高温26℃/日最低温18℃)2个温度处理,并在水稻开花后的不同时期取样,对水稻胚乳贮藏物代谢各类相关基因的表达谱与表达模式进行高通量的cDNA微阵列检测。【结果】在水稻胚乳贮藏物代谢的相关基因中,以对高温胁迫响应表现较迟钝的基因居多,其高温处理与低温处理之间的杂交信号(nARVOL)比值(称R值)大致在0.8—1.2,但随高温处理时间的持续,呈上调或下调差异表达的基因数量均有明显增加;花后高温对胚乳糖代谢和淀粉合成类基因表达的调控效应,不仅随各个基因的功能类型、代谢途径和灌浆进程的差别变化而异,而且其表达丰度及其上调或下调幅度在很大程度上还与该功能基因的同工型(或酶亚基)有关;高温处理下水稻胚乳中的谷蛋白、醇溶蛋白和球蛋白类基因多呈下调表达特征,但也会随其所调控的蛋白亚基组分的不同而异,从而对胚乳贮藏蛋白的亚基构成和组分变化产生较大影响;与胚乳白贮藏物代谢密切相关的糖信号传导类基因、核糖体蛋白类基因和逆境防御蛋白类基因普遍比直接参与胚乳贮藏物合成路径的功能基因对高温胁迫响应表现敏感。【结论】花后高温胁迫对水稻胚乳灌浆贮藏物代谢的调控相当复杂,涉及到众多的功能基因位点。     

高温胁迫对不同早稻品种胚乳淀粉合成酶类活性的影响

 【目的】探讨高温胁迫对水稻胚乳灌浆影响的酶学生理特征。【方法】选用水稻耐热型品种082、农大228和热敏感品种协青早B、茉莉占，采用高温胁迫与常温对比试验方法，研究灌浆前期高温对胚乳淀粉合成酶类活性及淀粉积累的影响。【结果】胚乳淀粉合成酶活性高峰出现在花后9～12 d。高峰期间及之前，胚乳SS、AGPase、SSS和Q酶受高温影响活性上升，高峰之后，除Q酶外，均较对照下降，耐热品种胚乳淀粉合成酶类活性的下降幅度明显小于热敏感品种。高温影响淀粉积累速率与AGPase、SSS、SS和R酶活性相关显著。【结论】不同水稻品种胚乳淀粉合成酶对高温的感应存在差异，AGPase、SSS、SS和R酶是高温影响淀粉积累速率的关键酶。高温影响直链淀粉含量下降与Q酶活性不存在必然的联系。     

一个水稻丙氨酸转氨酶新等位基因突变体的鉴定和籽粒特性

从60Co辐射诱变的Kitaake突变体库中筛选到一份心白胚乳突变体M30,其糙米的粒宽、粒厚和粒重显著降低;米粉中的总淀粉含量显著降低,但贮藏蛋白含量显著升高.与野生型相比,突变体淀粉的直链淀粉组分和热浆黏度、崩解值、最终黏度及糊化温度显著降低.突变体胚乳中央复粒淀粉明显减少,含有大量小的单粒淀粉,且淀粉粒之间间隙较大.利用M30/Dular的F2群体中不透明极端个体将突变基因定位到第10染色体的64.9 kb区间,该区间含有7个开放阅读框(ORF),其中ORF4编码水稻丙氨酸转氨酶1(OsAlaAT1).测序发现定位区间内突变体只有OsAlaAT1基因序列上缺失872 bp.在突变位点设计的InDel标记可与定位群体中的不透明极端个体发生共分离,而22个常规水稻品种中不含该突变位点.荧光定量PCR技术检测发育胚乳中淀粉合成相关基因的表达,结果显示突变体胚乳中AGPS1、AGPL2、GBSSI、SSI、SSIIa、SBEI、SBEIIa、ISA1和PUL的表达量显著低于野生型.     

水稻胚乳突变体b140的表型分析及基因克隆

[目的]对水稻粉质胚乳突变体b140进行表型分析和基因克隆,为阐明水稻淀粉合成机制奠定基础。[方法]以粳稻品种‘W017’为野生型,测量‘W017’和突变体b140的农艺性状,分析籽粒的灌浆期干物质积累量和理化性质,并观察淀粉颗粒的结构;构建b140与‘南京11’的F2群体,取隐性极端个体定位基因;利用qRT-PCR测定籽粒灌浆时期的淀粉合成相关基因表达量;测定相关淀粉合成酶活性。[结果]b140表现为粉质胚乳,粒宽、粒厚和千粒质量均显著低于野生型,但粒长和其他农艺性状无显著变化。b140种子的总淀粉和直链淀粉含量均显著低于野生型,而可溶性糖含量显著高于野生型。扫描电镜观察b140胚乳淀粉粒呈球形或不规则形状,排列疏松。突变基因定位在第1号染色体短臂56 kb的区间内,测序发现只有1个已知基因Os01g0179400发生突变。qRT-PCR结果显示,与野生型相比,b140胚乳中淀粉合成相关基因的表达量出现不同程度的下调。b140胚乳中腺苷磷酸葡萄糖焦磷酸化酶的活性显著低于野生型。[结论]b140由于Os01g0179400基因发生突变,导致粉质胚乳表型。Os01g0179400突变影响了淀粉合成相关基因的表达以及腺苷磷酸葡萄糖焦磷酸化酶的活性。b140的发现对于了解水稻淀粉合成和调控的机制具有一定的意义。     

小麦TaAGPL1基因上游转录因子TabHLH39的分离及其功能研究

腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶 (ADP-glucose pyrophosphorylase, AGPase) 是作物淀粉合成的关键酶，由两个小亚基 (small subunit, AGPS) 和两个大亚基 (large subunit, AGPL)组成，具有细胞质 (cytosol) 和质体 (plastid) 两种亚型。AGPL1是胞质型大亚基，对该酶活性的发挥具有重要功能。已有研究表明，过表达小麦胞质AGPase大亚基TaAGPL1-1D基因显著提高了小麦AGPase活性和淀粉积累速率，说明TaAGPL1-1D在淀粉生物合成中起着重要作用。将TaAGPL1-1D启动子与小麦籽粒cDNA文库进行酵母单杂交，筛选出一个转录因子TabHLH39，随后对TabHLH39与TaAGPL1-1D启动子之间的互作进行了验证；采用大麦条纹花叶病毒诱导的基因沉默技术，在田间小麦植株基因组内沉默了该转录因子，发现 BSMV-VIGS-TabHLH39 病毒沉默小麦植株籽粒的粒长、粒宽、粒重和淀粉含量均显著下降，且TaAGPL1-1D的表达水平也显著降低，表明TabHLH39可能通过正向调控TaAGPL1-1D基因的表达，参与了小麦淀粉的合成。     

小麦TaAGPL1基因上游转录因子TabHLH39的分离及其功能研究

腺苷二磷酸葡萄糖焦磷酸化酶 (ADP-glucose pyrophosphorylase, AGPase) 是作物淀粉合成的关键酶，由两个小亚基 (small subunit, AGPS) 和两个大亚基 (large subunit, AGPL)组成，具有细胞质 (cytosol) 和质体 (plastid) 两种亚型。AGPL1是胞质型大亚基，对该酶活性的发挥具有重要功能。已有研究表明，过表达小麦胞质AGPase大亚基TaAGPL1-1D基因显著提高了小麦AGPase活性和淀粉积累速率，说明TaAGPL1-1D在淀粉生物合成中起着重要作用。将TaAGPL1-1D启动子与小麦籽粒cDNA文库进行酵母单杂交，筛选出一个转录因子TabHLH39，随后对TabHLH39与TaAGPL1-1D启动子之间的互作进行了验证；采用大麦条纹花叶病毒诱导的基因沉默技术，在田间小麦植株基因组内沉默了该转录因子，发现 BSMV-VIGS-TabHLH39 病毒沉默小麦植株籽粒的粒长、粒宽、粒重和淀粉含量均显著下降，且TaAGPL1-1D的表达水平也显著降低，表明TabHLH39可能通过正向调控TaAGPL1-1D基因的表达，参与了小麦淀粉的合成。     

灌浆结实期温度对早籼水稻籽粒淀粉合成代谢的影响

 利用人工气候箱 ,设高温 (日均温度 32℃ )和适温 (日均温度 2 2℃ ) 2个温度处理 ,研究了 2个早籼水稻品种在不同温度处理下籽粒灌浆过程中的蔗糖与淀粉含量、直链淀粉占总淀粉的比率及蔗糖合成酶 (SS)、ADPG焦磷酸化酶 (ADPG PPase)、可溶性淀粉合成酶 (SSS)、颗粒结合型淀粉合成酶 (GBSS)、淀粉分支酶 (SBE)、淀粉去分支酶 (DBE)的活性变化动态及其温度处理间的差异。研究结果表明 ,在籽粒灌浆初期 ,高温处理下籽粒中的蔗糖含量、淀粉含量及SS、ADPG PPase、SSS、SBE和DBE的活性均不同程度地高于适温处理 ,而在灌浆中后期 ,不同温度下籽粒中有关酶的活性变化与蔗糖含量、淀粉含量间的关系相对较为复杂 ;水稻籽粒灌浆过程中不同温度下籽粒中的SS、SSS活性差异与其淀粉积累过程的变化特征基本吻合 ,且对温度影响的反应较ADPG PPase敏感 ,可能是温度对籽粒中的淀粉合成代谢过程产生调控的重要位点 ;温度对水稻籽粒中直链淀粉占总淀粉比率的影响极为明显 ,高温处理使籽粒中直链淀粉占总淀粉比率降低 ,且不同温度处理间的差异在水稻灌浆的初期已开始显现 ,其原因可能与高温处理下相对较低的GBSS活性有关。 6种酶相比 ,不同温度处理下籽粒中的直链淀粉占总淀粉比率间差异与GBSS活性变化之间的关系最为密切     

不同根区温度对黄瓜幼苗生长及光合参数的影响

通过对日光温室黄瓜幼苗不同根区温度的处理[适温(CK)21—23℃、亚适温14—16℃、低温8—10℃]，结果表明，与适温处理(CK)相比，亚适温和低温处理，(1)降低了黄瓜幼苗的株高、茎粗、叶面积、地上部干重、全株干重，而增加了地下部干重和根冠比；(2)降低了黄瓜幼苗叶片光合色素含量、光合速率(Pn)、气孔导度(G8)、胞间CO2浓度(Ci)，增加了叶绿素a/b值。品种津春3号(J3)比津春2号(J2)表现出一些较强的根系耐低温胁迫的能力。     

特种稻米马坝香糯的引进鉴定试验及应用研究

本文阐述了特种稻米新品种马坝香糯引进豫南稻区后,1985～1990年通过品比、区域、生产试验和应用研究表明:该品种属中籼中熟类型,产量比非香型中籼糯稻对照种显著增产,比非香型中籼粘稻对照种略增产;糯性好,香味纯正,适口性佳,营养价值较高;抗稻瘟病,中感纹枯病,白叶枯病HS级;耐肥抗倒,耐寒性中等,株型松散适中,中矮杆,茎秆粗壮,分蘖力较强,全生育期133.5天;亩产水平400～500公斤,高者可达500公斤以上,适宜在豫南稻区种植,1990年试种10万亩以上。该品种1991年4月通过了省农作物品种审定委员会审定,批准在生产上推广应用。     

香稻胚乳的垩白性状研究及扫描电镜观察

【目的】研究不同香稻品种垩白性状与胚乳细胞和淀粉粒的形状结构、排列方式及发育情况的关系,为进一步研究香稻垩白性状的形成机理及培育优良品质的香稻新品种打下基础。【方法】通过田间试验,调查11个香稻品种的垩白粒率、垩白面积和垩白度,并对香稻品种胚乳细胞及淀粉粒进行电镜观察。【结果】供试11个香稻品种间差异最明显的垩白性状为垩白粒率,其次是垩白面积,最小的是垩白度,垩白粒率和垩白度成正比,垩白粒率越高则垩白度越高。不同香稻品种稻米胚乳细胞的排列方式、形态及其横断面淀粉粒的分布存在明显差异,其与垩白性状的形成存在一定关联,根据稻米胚乳中垩白形成的位置不同,可将垩白性状分为腹白、心白和背白3种垩白亚类。同一香稻品种,垩白米与无垩白米在淀粉粒形状结构及排列方式等方面也存在明显差异,但垩白米的透明部位和无垩白米的淀粉粒间无明显差异,且垩白度低的部位淀粉粒发育良好。【结论】香稻稻米的垩白性状与胚乳细胞和淀粉粒的形状结构、排列方式及发育情况密切相关,可用于香稻稻米品质鉴定。     

利用高代回交导入系定位水、旱条件下影响水稻根系及产量的QTL

 严重的水资源危机使得水稻耐旱性的遗传与育种研究成为当今的研究热点之一。【目的】鉴定与水稻耐旱性直接相关的根系性状QTL,为通过根系性状QTL的标记辅助选择培育耐旱水稻品种提供标记信息。【方法】以从供体Lemont（粳稻）导入到特青（籼稻）背景的254个高代回交导入系中筛选出覆盖供体全基因组的55个回交导入系为材料,采用PVC管栽培,定位了灌溉（对照）与干旱（胁迫）条件下影响根系及产量性状的QTL以及胁迫与对照间性状差值的QTL。【结果】共检测到25个影响根长（RL）、根数（RN）、根重（RW）和单株粒籽产量（GY）的主效QTL,根据在不同环境下的表达情况,将其分为3类,第1类4个,在两种环境下均被检测到;第2类12个,只在对照条件下检测到;第3类9个,受干旱胁迫诱导,只在胁迫条件下被检测到。此外还检测到11个影响胁迫与对照条件下性状差值的QTL。【结论】在水、旱两种条件下均检测到的相对稳定的3个QTL（QRl2b、QRl8b、和QRn12）及影响两种条件下性状差值（即性状稳定性）的11个QTL可能对耐旱性有直接贡献。     

水稻、黄瓜幼苗生育及氮素代谢的研究——低pH无机态氮的同化

采用培养液pH自动调节装置,研究水稻、黄瓜11个品种,在低pH条件下,幼苗生育及无机态氮的同化。结果表明:不同处理6个水稻品种的干物质增长量比较接近;5个黄瓜品种对pH较为敏感;水稻、黄瓜对NH_4-N的吸收速率比较稳定。pH3.8处理水稻对NH_4-N的吸收速度约占pH6.0的1/2;黄瓜对NO_3-N的吸收易受pH的影响。水稻Rieciasominon品种体内可溶性~(15)N含量占吸收~(15)N总量的百分比顺序为:AL[pH3.8(~(15)NH_4)_2SO_4]>NL[pH3.8Na~(15)NO_3]>AH[pH6.0(~(15)NH_4)_2SO_4]>NH[pH6.0Na~(15)NO_3];黄瓜幸风品种为:AH>AL>NH>NL。     

上农香糯千斤栽培技术初报(Ⅱ)——上农香糯栽培的生物学基础

上农香糯的生物学特性既遵循栽培稻(Oryza sativa L.)的一般规律,又有自己的特点。上农香糯是一种中熟晚粳糯稻,但早播早熟、迟播迟熟现象比较明显。它具有良好的萌动发芽、幼苗生长习性,有利培育壮秧。它分蘖成穗率较高、穗大粒多、着粒较密。其一生总叶龄数约为15～18张,随生育期变化而不同,平均出叶间隔时期正常,但后期各叶出生较快。叶面积和叶片宽度大致随叶龄而增大,以剑叶为最大;叶片长度则以倒三、四叶最长。伸长节间为5～6个,作单季晚稻栽培时,幼穗分化与节间伸长也同时进行,分蘖与穗分化两者相互衔接。其株高适当、株型紧凑、基部节间短粗,这是该品种耐肥抗倒的内在原因。上农香糯幼穗分化过程及其与叶龄的对应关系与常规水稻大同小异。然而,从分化始期至抽穗不过30天,各阶段历期长短也有其本身的特点。     

反义Wx基因导入我国常规籼稻品种的研究

经农杆菌介导，将自行克隆并构建的反义Wx基因导入4个高直链淀粉含量的常规籼稻品种绿黄占、清芦占11号、三芦占7号和特青中，经潮霉素抗性筛选获得抗性植株。聚合酶链反应(PCR)和Southern杂交检测证明反义Wx基因已整合进转基因水稻植株的基因组中。对成熟种子直链淀粉含量的分析表明，部分转基因水稻植株T1或T2代种子中的直链淀粉含量有不同程度的下降，最低的已降至16．52％，较对照下降了40．5％；在此基础上筛选获得了部分转基因纯合株系。研究结果还表明，盲链淀粉含量的改变会导致相应稻米的胶稠度和糊化温度的变化。     

播期及环境因子对水稻产量和品质的影响

[目的]研究推迟播期对水稻产量及品质的影响。[方法]以沈农265、丰优2000为材料,分析推迟播期对水稻产量及品质的影响,并探讨水稻灌浆结实期的温湿度与稻米的品质性状的相关性。[结果]推迟播期对两个品种的产量构成因素均产生负面影响,造成产量降低,而两个品种的食味品质均有所改善。稻米品质差的品种受外界环境因子的影响大于品质优的品种。水稻灌浆结实期的日均温与蛋白质含量呈最大显著正相关,与食味值呈最大显著负相关,日均最高温与直链淀粉含量的负相关最大,各温度因子对脂肪含量的影响很小,日均相对湿度与水稻品质性状的相关性相对较小。[结论]针对不同水稻的品种,适当地推迟播期和移栽期是有利的。     

开放式空气中CO2浓度增高（FACE）对常规粳稻蛋白质和氨基酸含量的影响

为了明确未来大气CO2浓度升高对水稻蛋白质营养品质的影响,2009年利用稻田开放式空气CO2浓度增高(FACE,FreeAirCO2 Enrichment)系统,以武运粳21、扬辐粳8号和武粳15为供试品种,研究大田生长期CO2浓度升高200μmol.mol-1对常规粳稻蛋白质营养品质的影响。结果表明:大气CO2浓度增加使所有供试品种精米蛋白质含量平均下降5.6%,使氨基酸、必需和非必需氨基酸总量平均分别下降7.6%、6.7%和7.9%,均达极显著水平。大气CO2浓度增加使供试品种精米必需氨基酸占氨基酸总量百分比显著增加,使非必需氨基酸占氨基酸总量百分比显著下降,但对精米中必需和非必需氨基酸的相对含量无显著影响。从氨基酸组分看,大气CO2浓度增加使供试品种精米中7种必需氨基酸和8种非必需氨基酸的含量均显著或极显著下降。CO2处理与品种对精米蛋白质含量、氨基酸总量、必需和非必需氨基酸总量以及部分氨基酸组分有一定的互作效应,武运粳21上述参数对高浓度CO2的响应大于扬辐粳8号或武粳15对应参数的响应。以上结果说明本世纪中叶大气中的CO2浓度将使粳稻蛋白质营养品质下降,不同品种下降幅度存在一定差异。